低温制备掺杂氧化锆/氧化铈电解质

固体氧化物燃料电池(SOFC)及其组元的低温制备有利于材料和电池性能的优化,降低制备成本.立方相的全致密氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质是SOFC中最通用的电解质.传统的烧结工艺需要在1 400-1 450℃才能实现YSZ电解质的致密,而使用纳米粉体和三步烧结工艺可以在1 200-1 300℃得到致密电解质.氧化钪稳定...     

Sc_2O_3稳定ZrO_2电解质材料及其研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是高效洁净利用碳基燃料的有效途径,具有高效率、环境友好、全固态结构等特点,并且适用于多种燃料气体,因此成为能源和材料领域的热点之一。SOFC的国际发展趋势是中温化,具有投资小、材料成本较低、电极不易老化、界面反应可有效控制等优点。电解质是整个SOFC的核心部件,增强电解质的电导率,开发高性能的电解质材料是SOFC实现大规模发展的关键。目前SOFC所使用的电解质主要为锆基固体电解质,其中Sc_2O_3稳定ZrO_2(ScSZ)是锆基固体电解质中离子电导率最高的电解质材料,是中温SOFC(ITSOFC)首选电解质。首先介绍了固体氧化物燃料电池的结构、工作原理、对电解质的材料要求及其技术发展趋势,然后阐述了ScSZ电解质材料的晶体结构、离子导电机制。重点总结了ScSZ电解质材料研究现状、发展趋势及发展前景。     

中低温固体氧化物燃料电池中CeO_2基电解质隔层制备技术的研究进展

在中低温固体氧化物燃料电池(SOFCs)中,CeO_2基电解质隔层用于阻止高活性钙钛矿阴极与ZrO_2基电解质之间的元素扩散和界面反应,改善阴极与电解质之间的化学相容性。综述了CeO_2基电解质隔层的制备方法及其在SOFCs中应用的研究进展。CeO_2基电解质隔层的制备方法主要分为如下三类:陶瓷粉末法、化学气相沉积法、物理气相沉积法。陶瓷粉末法与化学气相沉积法制备CeO_2基隔层的致密性较差,而物理气相沉积法可以在较低温度下制备致密的CeO_2基电解质隔层。磁控溅射是物理气相沉积法中的一种,其可以以较低的成本溅射沉积均匀致密的CeO_2基隔层,该隔层能够有效阻止阴极与电解质之间的元素扩散,显著提高了电池的中低温性能和长期稳定性。对CeO_2基电解质隔层制备技术的发展进行了展望,有利于发展中低温SOFCs。     

管式电解质支撑型直接碳固体氧化物燃料电池的浸渍法制备及电性能

管状电解质支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC)具有稳定性高、电极选择范围广、易封接等优点,很适合应用于直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)现阶段的基础研究中。为实现管状电解质支撑型SOFC的便捷制备,本研究开发了管状YSZ(钇稳定化氧化锆)电解质支撑膜的浸渍法制备工艺。组装了电极材料为Ag-GDC(钆掺杂氧化铈)的电解质支撑型SOFC单电池。测试了单电池分别以加湿氢气和担载5%(w,质量分数)Fe的活性炭为燃料,环境空气为氧化剂的电性能。电池的开路电压接近理论值,且扫描电镜分析结果表明电解质膜致密。单电池以活性碳为燃料在800°C取得了280 m W?cm~(-2)的最大功率密度,接近其以加湿氢气为燃料的330 m W?cm~(-2)。交流阻抗谱结果表明YSZ电解质的欧姆电阻是影响电池性能的主要原因。DC-SOFC以恒电流1 A放电,运行了2.1 h,燃料利用率为36%。DC-SOFC二次装载碳燃料后的电性能几乎与初次的性能一样,表明制备的YSZ电解质支撑膜可稳定的应用于DC-SOFCs中。分析了DC-SOFC放电过程中电性能衰减的机制。     

钛基氧化铱电极电沉积制备技术研究进展

钛基氧化铱电极作为DSA(dimension stable anode)中的典型电极,广泛应用于各个领域。目前工业生产的钛基氧化铱电极主要由传统热分解法制备,存在成本高昂,工艺繁琐,依赖人工劳动,无法大规模生产等问题,十分有必要探索开发新的制备技术。本文从沉积液配方、基底材料的选择及处理、电沉积方式以及沉积时间等方面系统地讨论了氧化铱电沉积制备技术的研究进展,包括作者课题组所作的一些工作及成果;分析了钛基氧化铱电极电沉积制备技术目前所面临的挑战,并给出一定建议;阐述了其应用前景,展望了其未来发展方向,希望更多的科研人员能投入到相关研究中。     

聚乙烯醇缩丁醛准固态电解质薄膜的制备和性能表征

研究了聚乙烯醇缩丁醛准固态电解质薄膜的制备及相关性能.通过向聚乙烯醇缩丁醛中加入适量造孔剂和辅助剂制备电解质薄膜,研究了薄膜制备过程中的相关影响因素和不同孔隙率的电解质薄膜对电池光电转换效率的影响.实验表明,通过向0.200g聚乙烯醇缩丁醛中加入6.000g碳酸钙、0.310g氯化钙和0.150g葡萄糖所制备的电解质薄膜性能最优,用其制备的染料敏化太阳能电池光电转换效率η=4.720%(开路电压Voc=0.7194V,短路电流密度Jsc=10.014mA·cm-2,填充因子FF=0.6559),达到相同条件下液态电解质电池的88%以上.薄膜电解质制备简单,封装方便,所用原料无毒无害,具有一定的发展潜力.     

室温电化学沉积Ba1-xCaxMoO4多晶固溶体薄膜

近年发展起来的制备功能薄膜的电化学沉积技术,是软溶液工艺路线(Soft Solution Processing简记为SSP)中的重要技术[1]。与传统的薄膜制备技术相比,电化学沉积技术在反应控制、形貌控制、沉积速度、能量消耗、环境影响、薄膜晶化以及沉积设备等方面都有较明显的优势,同时避免了     

固体氧化物燃料电池（SOFC）电池稳定性分析

固体氧化物燃料电池(SOFC)要长期可靠运行,必须具有较高的稳定性。本文从SOFC内阻的主要来源出发,详细分析了影响电池长期稳定性、特别是引起性能衰减的主要因素,并研究其衰减机理。通过对电解质、阴极、阳极及连接材料等关键材料的选择及性能稳定性进行分析,系统论述了阴极与其它材料的相互反应、阳极性能变化以及连接材料表面氧化层等诸多引起SOFC性能衰减的不利因素。在氧化、还原气氛和密封效果等方面对电池长期稳定性的影响也进行了阐述。通过对电池性能衰减的原因及其衰减机理进行分析,对于SOFC长期运行稳定性、进而商业化应用具有一定的理论和实际意义。     

YSZ电解质薄膜的制备方法

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells, SOFC)和固体氧化物电解池(solid oxide electrolytic cells, SOEC)制备的关键技术之一是在保证致密性的前提下将Y2O3稳定ZrO2(yttria-stabled zirconia, YSZ)电解质薄膜化.本文将YSZ电解质薄膜制备方法归类为陶瓷粉末法、化学法和物理法,综述了近年来这些方法的研究进展.通过对每种方法技术特点的说明和实例举证,探讨了这些方法的优、缺点和适用场合.最后,通过分析和比较,对YSZ薄膜化方法未来的发展进行了展望.     

稳定的ZrO2基SOFC中CeO2夹层的制备方法和作用机制

Sm、Gd和Y掺杂的CeO₂夹层是解决固体氧化物燃料电池的电极和电解质间物理化学性质不相容问题的最佳材料，已经展示出广泛的应用前景。本文介绍了CeO₂粉体的各种合成方法以及对粉体性能的影响。综述了制备CeO₂夹层薄膜的各种方法，其中包括直流反应磁控溅射（Reactively direct current magnetron sputtering）物理方法；火焰辅助气相沉积（Flame assisted vapor deposition，FAVD）和溶胶凝胶法（Sol-gel）等化学方法；电泳沉积法（Electrophoretic deposition, EPD）、丝网印刷法（Screen printing）和浸渍涂布法（dipping deposition）等陶瓷成型方法，评述了这些方法的优缺点，详细介绍了近年来采用上述方法制备的CeO₂夹层薄膜的性能以及对电池性能的改进，论述了CeO₂夹层提高电池性能的作用机制。综合分析了这些制备方法的异同和特点，指明了该领域的发展前景。阐述了开展CeO₂夹层研究对我国SOFC发展的重大意义。     

液相沉积法(LPD)在分析化学中的应用

液相沉积法(LPD)是湿化学法中发展起来的一种全新成膜方法,现已广泛应用于集成电路、金属-氧化物半导体、生物传感器、光催化及抗菌材料领域功能性薄膜的制备。本文简要介绍了液相沉积法的原理、特点及采用LPD法制备的多种金属氧化物薄膜,并详细综述了近年来液相沉积技术在分析化学领域中的应用,主要包括LPD在制备分离介质、化学传感器、复合电极等材料中的应用,并对LPD法在分析化学中的未来发展趋势进行了展望。     

锂负极失效的全固态薄膜锂电池的直接回收再利用

作为微电子器件的理想电源，全固态薄膜锂电池(TFB)已经被广泛地研究了几十年，并开始进入商业化应用。然而，目前关于失效TFB的回收与再利用的研究几乎没有，这将会阻碍TFB的可持续发展。本工作针对因金属锂负极失效而造成电池失效的TFB，提出了一种简单的基于最常见LiCoO₂ (LCO)/LiPON/Li TFB (F-TFB)的直接回收再利用的方法。研究发现，F-TFB中的金属锂负极薄膜在循环过程会被部分氧化从而造成电池失效。我们提出利用无水乙醇溶液有效地溶解并去除F-TFB上失效的金属锂负极部分，从而快速地回收底层的LCO/LiPON薄膜。结构分析和表面分析结果表明，回收的LCO/LiPON薄膜中的LCO正极的晶体结构、LCO/LiPON的界面结构以及LiPON电解质的表面保持完好，使其再利用成为了可能。进一步地，我们在回收的LCO/LiPON薄膜上依次沉积了LiPON和Li薄膜，构建得到了电化学性能恢复的LCO/LiPON/Li TFB，并获得了与新制备的TFB相一致的比容量(0.223 mAh∙cm⁻²)、良好的倍率性能和循环寿命(500次循环后容量保持率为77.3%)。这种简单而有效的回收再利用方法有望延长固态电池的使用寿命，减少能源和资源消耗，促进固态电池的可持续发展。     

柔性染料敏化太阳电池*

染料敏化太阳电池（dye-sensitized solar cell, DSSC）是一种新型太阳电池。其中柔性DSSC研究在追求太阳电池的新型用途和低成本化方面起着重要作用。本文综述了柔性DSSC国内外最新的研究成果,重点介绍了柔性DSSC的特点,柔性基板的选择及针对基板所制作的不同结构的电池,还介绍了纳米晶TiO₂ 薄膜的低温制备技术,如热液法、低温烧结法、电泳沉积法、化学气相沉积法、微波照射法、加压法等方法及柔性对电极的制备新技术。最后,对柔性DSSC的应用前景进行了展望。     

微管式固体氧化物燃料电池电解质膜的制备

基于聚合物溶液相分离诱导原理提出了一种新的微管式固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质膜制备方法,应用该方法制得了YSZ电解质微管膜,该膜由致密电解质薄层和可制成电极的多孔层组成,其中YSZ致密电解质膜和多孔层厚度分别为3～5μm和70-90μm,而多孔层内表面孔隙率高于28．1％,电解质层和多孔层之间结合紧密,可避免电解质膜开裂或剥落等导致的电池性能降低等问题．该方法具有工艺简单、成本低、可靠性好等优点,为微管式SOFC电解质膜及电池的制备提供了一条新的途径．     

金属锂二次电池锂负极改性

本文综述了金属锂二次电池中提高锂负极性能的研究进展。分别介绍了以下改性方法:对金属锂表面进行预处理,使其表面预先形成性能良好的固体电解质界面膜,或直接在其表面制备保护膜;在电解液中加入添加剂对锂电极进行表面改性;采用新型有机溶剂、离子液体、聚合物电解质、玻璃态固体电解质、塑晶固体电解质等电解质体系提高界面相容性;改进金属锂电极的制备工艺,如制备金属锂粉末多孔电极和电沉积锂电极、制备全固态薄膜锂电池以及利用物理方法处理锂电极。并在此基础上对今后的发展趋势进行了展望。     

单步电沉积法制备CuInS2薄膜

采用单步电沉积法在Mo基底上制备了高质量的CuInS2薄膜. 用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了样品的结构和形貌, 研究了沉积电位、退火温度、pH值、反应物浓度等工艺条件对制备的CuInS2薄膜形貌、组分及性能的影响. 制备的CuInS2薄膜致密平整, 呈黄铜矿结构, 晶粒大小为1-2 μm. 用紫外-可见光分光光度计测试了其光学性能, 计算得到常温下禁带宽度为1.41 eV, 非常适合用作薄膜太阳电池的吸收层材料.     

电化学法制备部分还原氧化石墨烯薄膜及其光电性能

提供了一种快速制备氧化石墨烯(GO)薄膜的方法, 并通过调节GO薄膜的含氧量来调控其能级结构.采用阳极电泳及阴极电化学还原联用的方法在F掺杂SnO₂(FTO)导电玻璃上制备出不同层数及含氧量的GO薄膜, 并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见(UV-Vis)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱及电化学分析对样品进行表征. 用20-350 s 不同时间电泳沉积得到层数约为77-570层的GO薄膜. 经过不同时间阴极还原的GO薄膜的禁带宽度为1.0-2.7 eV, 其导带位置及费米能级也随之改变. GO作为p型半导体, 与FTO导电膜之间会形成p-n 结, 在光强为100 mW·cm^-2的模拟太阳光照射下, 电泳300 s 且电化学还原120 s时GO薄膜阳极光电流密度达到5.25×10^-8 A·cm^-2.     

电泳沉积法制备介孔TiO2/单壁碳纳米管薄膜

采用电泳沉积法, 在FTO/介孔TiO2薄膜上制备了介孔TiO2/单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜电极, 用Raman和SEM等手段对薄膜电极进行了表征. 结果表明, SWCNTs已沉积到介孔TiO2薄膜上. 分别用四羧基苯基卟啉(TCPP)和联吡啶钌化合物N719对其进行敏化, 并组装成太阳能电池. 研究结果表明, 与单纯的TiO2粒子膜相比, 介孔TiO2和SWCNTs的紧密结合可使得光生电子更容易传输, 光电转换效率显著提高.     

超疏水薄膜表面结构及其制备工艺的研究进展

综述了可以用于低温下(200℃)制备超疏水表面膜层的工艺方法,首先介绍了常见超疏水膜层的表面结构特征和物理特性,并对其表面特殊结构调控的必要性进行分析,接着从薄膜制备工艺的分类方法的角度论述了常用制备超疏水表面薄膜的工艺方法并对其进行优缺点分析总结,最后论述了超疏水表面薄膜在工业上的实用性。其中重点关注了可以用于在低温下制备超疏水表面膜层时可选取的材料体系以及薄膜的表面结构要求,并对多种合成工艺和方法的优劣性进行了分析和评价,最后提出了低温下制备高性能超疏水表面薄膜的技术领域中仍存在的问题以及未来的发展方向。     

超洁净石墨烯薄膜的制备方法

化学气相沉积(Chemical vapor deposition，CVD)法制备的石墨烯薄膜具有质量高、可控性好、可放大等优点，近年来受到了学术界和工业界的广泛关注。然而，近期研究结果表明，在高温CVD生长石墨烯的过程中，伴随着许多副反应，这些副反应会导致石墨烯薄膜表面沉积大量的无定形碳污染物，造成石墨烯薄膜的“本征污染”现象。同时，这些污染物的存在会导致转移后的石墨烯薄膜表面更脏，对石墨烯材料和器件的性能带来严重影响。这也是CVD石墨烯薄膜的性能一直无法媲美机械剥离石墨烯的重要原因之一。事实上，超洁净生长方法制备得到的超洁净石墨烯薄膜在诸多指标上都给出了目前文献报道的最好结果，代表着石墨烯薄膜材料制备技术的发展前沿。本文首先对CVD法制备石墨烯过程中表面污染物的形成机理进行分析，然后综述了超洁净石墨烯薄膜的制备方法，并列举了超洁净石墨烯薄膜的优异性质。最后，总结并展望了超洁净石墨烯未来可能的发展方向和规模化制备面临的机遇与挑战。